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Serios indicios de que la partícula f0 (1710) es la muy buscada ‘bola de gluones’

Científicos de Austria han determinado, utilizando cálculos gravitacionales en múltiples dimensiones, que la partícula f0 (1710) podría ser la ‘bola de gluones’ que buscan los científicos desde hace décadas. Esta partícula estaría formada sólo por gluones, las partículas que unen a las que forman el núcleo de los átomos a través de la fuerza nuclear fuerte.

Serios indicios de que la partícula f0 (1710) es la muy buscada 'bola de gluones'

Durante décadas, los científicos han estado buscando las partículas llamadas «glueballs», o bolas de gluones. Ahora parece que se han encontrado por fin. Un glueball es una partícula exótica, compuesta en su totalidad por gluones -las partículas «pegajosas» que mantienen unidas las partículas nucleares-. Son inestables y sólo pueden ser detectadas indirectamente, mediante el análisis de su decaimiento o desintegración. Este proceso de decaimiento, sin embargo, no se entiende todavía totalmente.

El profesor Anton Rebhan, y Frederic Brünner, de la Universidad Técnica de Viena (Austria), han empleado un nuevo enfoque teórico para calcular la decadencia del glueball. Sus resultados concuerdan muy bien con los datos de los experimentos con aceleradores de partículas. Esta es una fuerte evidencia de que una resonancia) (pico en las medidas) llamada «f0 (1.710)», que se ha encontrado en varios experimentos, es de hecho el largamente buscado glueball. Otros resultados experimentales son de esperar en los próximos meses.

Los protones y los neutrones se componen de partículas elementales más pequeñas llamadas quarks. Estos quarks están unidos por la fuerza nuclear fuerte. «En la física de partículas, cada fuerza está mediada por un tipo especial de partícula de fuerza, y la partícula de fuerza de la fuerza nuclear fuerte es el gluón», dice Rebhan en la información de la universidad.

Los gluones pueden ser vistos como versiones más complejas del fotón. Los fotones -que no tienen masa- son responsables de las fuerzas del electromagnetismo, mientras que ocho tipos diferentes de gluones desempeñan un papel similar para la fuerza nuclear fuerte.

Sin embargo, hay una diferencia importante: los gluones mismos están sujetos a su propia fuerza, los fotones no. Es por ello que no hay estados ligados de fotones, pero sí es posible una partícula que se componga sólo de gluones consolidados, de fuerza nuclear pura.

En 1972, poco después de que se formulara la teoría de los quarks y los gluones, los físicos Murray Gell-Mann y Harald Fritsch especularon sobre posibles estados ligados de gluones puros (originalmente llamados «gluonium», hoy en día se utiliza el término «glueball»).

Varias partículas encontradas en experimentos con aceleradores de partículas se consideran candidatas viables para ser los glueballs, pero nunca ha habido un consenso científico sobre ello. Las señales que se encuentran en los experimentos también podrían ser una combinación de quarks y antiquarks. Los glueballs son demasiado efímeros para detectarse directamente. Si existen, tienen que ser identificados estudiando su desintegración.

Decaimiento

«Desafortunadamente, el patrón de descomposición de los glueballs no se puede calcular con rigor», dice Anton Rebhan. Modelos simplificados de cálculo han demostrado que hay dos candidatos realistas para ser glueballs: los mesones llamados f0 (1500) y f0 (1710).

Durante mucho tiempo, el primero fue considerado como el candidato más prometedor. El segundo tiene una masa superior, lo que concuerda mejor con las simulaciones por ordenador, pero cuando se descompone, produce muchos quarks pesados ​​(los llamadas «quarks extraños»). Para muchos científicos de partículas, esto parecía inverosímil, porque las interacciones de los gluones no suelen diferenciar entre quarks más pesados ​​y más ligeros.

Rebhan y su estudiante de doctorado Frederic Brünner han dado ahora un gran paso adelante en la solución de este rompecabezas intentando un acercamiento diferente. Hay conexiones fundamentales entre las teorías cuánticas que describen el comportamiento de las partículas en nuestro mundo tridimensional y ciertos tipos de teorías de gravitación en espacios de dimensiones superiores. Esto significa que ciertas preguntas de los físicos cuánticos pueden ser contestadas utilizando herramientas de la física gravitacional.

«Nuestros cálculos muestran que sí es posible que los glueballs decaigan predominantemente en quarks extraños», dice Rebhan. Además, el patrón de decaimiento medido para f0 (1710) también permite que decaiga en dos partículas ligeras, y en más de dos partículas.

Hasta ahora, estas desintegraciones alternativas de los glueballs no han sido medidas, pero en los próximos meses, se espera que dos experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN (Tótem y LHCb) y uno de los experimentos del acelerador de Pekín (BESIII) produzcan nuevos datos.

«Estos resultados serán cruciales para nuestra teoría», dice Rebhan. «Para estos procesos de múltiples partículas, nuestra teoría predice tasas de descomposición que son muy diferentes a las predicciones de otros modelos más simples. Si las mediciones están de acuerdo con nuestros cálculos, será un éxito notable para nuestro enfoque.»

Sería una evidencia abrumadora de que f0 (1710) es un glueball. Y además de eso, una vez más, mostraría que la gravedad en más dimensiones se puede utilizar para responder a las preguntas de la física de partículas -de modo que sería un nuevo gran éxito de la teoría de Einstein de la relatividad general, que cumple 100 años el próximo mes.

Referencia bibliográfica:

Frederic Brünner, Anton Rebhan: Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten-Sakai-Sugimoto Model. Physical Review Letters (2015). DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.131601.

RedacciónT21

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